基于觸摸屏控制的煤列抑塵劑自動配料系統設計研究

沈志娟，范時成

（上海鷹峰電子科技有限公司，上海 201617）

基于觸摸屏控制的煤列抑塵劑自動配料系統設計研究

沈志娟，范時成

（上海鷹峰電子科技有限公司，上海 201617）

煤列抑塵劑的配料在煤列抑塵過程中是一個首要任務，自動配料系統能夠精確地控制配料的精度。對自動配料系統的結構進行設計，采用S7-300 PLC可編程控制器控制自動配料系統的給料、混合和攪拌，并且設計了一個現場操作面板供現場操作人員進行設備維護；然后在Wincc flexible2008 SP4軟件平臺上進行人機界面開發，通過觸摸屏控制系統，從而最終實現了煤列抑塵劑的自動配料。

煤列抑塵劑；S7-300PLC；觸摸屏；自動配料

0 引言

在今天這個經濟與科技飛速發展的時代，煤炭的使用已經逐步受到了來自各行各業的限制，主要是因為煤炭行業造成的污染比較嚴重，與實現經濟可持續發展的戰略相違背，但是它在生活與生產方面的使用依舊難以取締。現如今必須要解決的是煤炭運輸過程中煤塵對鐵路旁邊的居民區、莊稼及交通設施的嚴重污染[1-2]。因此在煤炭運量難以減少的情況下，煤列抑塵就變得非常重要。煤列抑塵劑的配料是一個重要的環節，配料的精確性直接影響著煤列抑塵的效果。為了能夠精確地進行煤列抑制劑自動配料，提出了采用S7-300PLC和觸摸屏來設計。

1 自動配料系統的工作原理及工藝圖

系統主要是由PLC、觸摸屏、稱重傳感器、電磁閥及一系列的電動機組成[3]。該系統作用是實現固體料和自來水進行一定比例的混合得到最終需要的抑塵劑。工作原理如下：在觸摸屏上先設置好所需的配料總重量與配置比例，根據比例計算出固體料和自來水的重量，并利用皮帶秤的稱重傳感器和攪拌罐的液位傳感器分別控制它們的重量；然后先將自來水放入攪拌罐中，再將固體料輸送到攪拌罐中，利用攪拌電動機進行攪拌；攪拌完成后將其輸送到沉淀罐中，進行一段時間的沉淀；沉淀完成后將其輸送到緩沖罐中，抑塵劑配料完成。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 自動配料系統的工藝圖

2 自動配料系統控制電路分析及設計

系統實現自動配料的主體控制設備是S7-300 PLC，根據控制系統的要求，S7-300PLC選擇CPU314-2DP型號。由于控制電路設計的好壞直接影響著整個設計系統的性能和運行情況，因此控制電路設計非常重要。

2.1 系統I/O端口的分配

根據系統設計的具體控制要求，系統中應設置電源指示、高低液位指示和報警指示[4-5]，I/O端口分配見表1。

表1 自動配料系統I/O端口的分配表

2.2 系統控制電路設計

在控制電路設計中，由PS307電源模塊給擴展模塊SM321、SM322、SM331和SM332提供24V的直流電源；AC220V給PLC供電[6-7]。系統的PLC輸入輸出端子接線圖如圖2所示。

3 現場操作面板設計

觸摸屏放在控制室內，不方便操作，而且現場環境惡劣對觸摸屏的壽命有影響，為了現場工作人員控制方便，故而設計一個現場操作面板。現場操作面板設計如圖3。

4 PWM觸摸屏設計

由于自動配料系統要實現對配料的自動控制，因此需要設計一個人機界面來進行信息的輸送，根據系統的設計要求，采用觸摸屏來進行人機界面(HMI)的開發。根據Wincc flexible軟件的特點，采用Wincc flexible軟件開發PWM觸摸屏[8]。

在觸摸屏上利用Wincc flexible2008 SP4軟件設計監控界面，為了能夠更好、更快和更全面地實現自動配料的功能及輔助作用，在監控界面設計了初始畫面、登陸畫面、現場操作畫面、系統畫面和報警畫面這五個畫面，這些畫面可以在初始畫面上實現相互切換。這五個畫面的設計如下。

（1）初始畫面：系統設計的五個畫面能夠通過初始畫面進行不同畫面的切換，在系統中初始畫面起到畫面之間切換連接的作用。

（2）登陸畫面：用戶可以通過賬號和密碼進入自動配料系統。

（3）現場操作畫面：在現場操作界面上能夠實現系統自動和手動運行的切換，并對系統中的四個電動機的手動啟動、停止進行設置，這個現場操作界面的設計有助于系統設備的檢修與維護。

（4）系統畫面：在系統畫面中，系統的啟動、配料總量和比例的設置都實現了操作保護，只有在輸入賬號和密碼正確的情況下，才能對這些按鈕和參數進行設置。并且在這個畫面中能夠直觀地顯示系統的運行情況與實時數據，畫面如圖4所示。

圖2 自動配料系統PLC輸入輸出端子接線圖

圖3 現場操作面板圖

圖4 系統畫面

（5）報警畫面：能夠在畫面中監測到系統的報警情況。

5 軟件設計

軟件設計是整個系統設計的一個重要部分，主要包括項目集成和程序設計。

5.1 項目集成

Wincc Flexible項目與STEP7的集成采用創建一個獨立的Wincc Flexible項目，并且設置好后再將它集成到STEP7中。

圖5 NetPro工具組態DP網絡

由于項目中數據需要傳輸到PLC中，因此它們相互之間要進行通信來實現，通信方式采用PROFIBUS-DP通信協議；為了達到PLC和HMI設備之間的數據交換[9]，在STEP7集成軟件平臺上采用網絡組態工具NetPro來實現，如圖5所示。

5.2 程序設計

采用S7-300 PLC進行編程來實現系統的要求，PLC的程序主要由初始化程序、配比比例設置程序、模擬量轉換程序和報警程序等部分組成。在STEP7軟件平臺上設計程序，主要由OB1組織塊和FC1、FC2功能塊共三個模塊組成。這三個模塊功能如下：OB1組織塊主要包含主程序的循環控制；FC1模塊主要是設置配料總量和配料比例，并利用稱重傳感器和液位傳感器采取信號，對信號進行轉換計算出固體料和自來水的重量以及對其進行重量的控制；FC2模塊主要功能是將系統轉換成手動運行。

由于在系統中采用3 m×3 m×3.2 m的容器進行配料，因此計算固體料和自來水的重量以及它們的控制程序如圖6所示。

圖6 固體料和自來水重量計算及控制

6 結論

在自動配料系統設計中進行了觸摸屏的開發，操作人員可以在觸摸屏上進行配料總量和比例等一些參數的設置，并且能夠直接監控設備的運行狀態，這樣就能夠精確地控制配料的比例來進行煤列抑塵劑的配料和保證設備的運行情況穩定可靠。自動配料系統不需要操作人員的繁瑣操作、降低了操作人員的工作強度和生產成本，從而實現了高精度、高效率、全自動地進行煤列抑塵劑的配料。

［1］李艷影，盛文燕，盧健康，等.鐵路煤炭抑塵劑生產與噴灑一體化設備設計［J］.煤炭與化工，2013（9）：54-59.

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Research on Coal Dust Suppressant Automatic Batching System Based on Touch Screen

SHEN Zhi-juan，FAN Shi-cheng
（Shanghai Eagtop Electronic Technology Co.，Ltd，Shanghai 201617，China）

The coal dust suppressant batching is a primary assignment in the process of coal dust suppression，and automatic batching system can accurately controls the precision of the ingredients.In this paper，to design the structure of automatic batching system，using the S7-300 PLC that is programmable controller to controls the automatic batching system for feeding，mixing and stirring，in addition to design a site operation panel for field operation personnel to maintenance these equipment，then to develop the man-machine interface on the Wincc flexible2008 SP4 software platform to achieve the touch screen controlling，so it achieves the coal dust suppressant to automatic batching at last，this is of great significance in practical application in the future.

coal dust suppressant；S7-300 PLC；touch screen；automatic batching

TP273

A

1009－9492(2015)10－0097－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.024

沈志娟，女，1992年生，內蒙古自治區商都人，大學本科，工程師。研究領域：自動化控制系統和TRIZ創新理論。已發表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2015－04－08